新技术在虚拟地理环境中的应用

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2013/1/10,#,新,技,技,术,术,在,在,虚,虚,拟,拟,地,地,理,理,环,环,境,境,中,中,的,的,应,应,用,用,蔡,地,地,201248600108079,中,国,国,测,测,绘,绘,科,科,学,学,研,研,究,究,院,院,空,间,间,数,数,据,据,可,可,视,视,化,化,方,方,式,式,的,的,变,变,迁,迁,精,细,细,化,化,数,字,字,化,化,立,体,体,化,化,虚,拟,拟,化,化,计,算,算,机,机,与,与,人,人,类,类,认,认,识,识,的,的,隔,隔,阂,阂,自,从,从,计,计,算,算,机,机,发,发,明,明,以,以,来,来,计,算,算,机,机,一,一,直,直,是,是,传,传,统,统,信,信,息,息,处,处,理,理,环,环,境,境,的,的,主,主,体,体,它,只,具,具,有,有,在,在,数,数,字,字,化,化,的,的,单,单,维,维,信,信,息,息,空,空,间,间,中,中,处,处,理,理,问,问,题,题,的,的,能,能,力,力,。,而,而,事,事,实,实,上,上,人,类,类,是,是,依,依,靠,靠,自,自,己,己,的,的,感,感,知,知,和,和,认,认,知,知,能,能,力,力,全,全,方,方,位,位,的,的,获,获,取,取,知,知,识,识,是,在,在,多,多,维,维,化,化,的,的,信,信,息,息,空,空,间,间,中,中,认,认,识,识,问,问,题,题,。,。,这,样,样,就,就,产,产,生,生,了,了,人,类,类,认,认,识,识,问,问,题,题,的,的,认,认,识,识,空,空,间,间,与,与,计,计,算,算,机,机,处,处,理,理,问,问,题,题,的,的,信,信,息,息,空,空,间,间,不,不,一,一,致,致,的,的,矛,矛,盾,盾,人,类,类,被,被,排,排,斥,斥,在,在,计,计,算,算,机,机,为,为,主,主,体,体,的,的,信,信,息,息,处,处,理,理,环,环,境,境,之,之,外,外,而,、,且较,难,难,以,以,直,直,接,接,理,理,解,解,信,信,息,息,处,处,理,理,工,工,具,具,的,的,处,处,理,理,结,结,果,果,更,难,难,以,以,把,把,人,人,类,类,的,的,感,感,知,知,能,能,力,力,和,和,认,认,知,知,经,经,验,验,与,与,计,计,算,算,机,机,信,信,息,息,处,处,理,理,环,环,境,境,直,直,接,接,联,联,系,系,起,起,来,来,。,。,虚,拟,拟,现,现,实,实,技,技,术,术,虚,拟,拟,现,现,实,实,(VirtualReality,简,称,称,VR;,又,译,译,作,作,灵,灵,境,境,),是,近,近,年,年,来,来,的,的,研,研,究,究,热,热,点,点,。,。,它,它,是,是,一,一,项,项,综,综,合,合,集,集,成,成,技,技,术,术,涉,及,及,计,计,算,算,机,机,图,图,形,形,学,学,、,、,人,人,机,机,交,交,互,互,技,技,术,术,、,、,传,传,感,感,技,技,术,术,、,、,人,人,工,工,智,智,能,能,等,等,领,领,域,域,。,。,它,用,用,计,计,算,算,机,机,生,生,成,成,逼,真,真,的,的,三,三,维,维,视,视,、,、,听,听,、,、,嗅,嗅,等,感,感,觉,觉,使,人,作,作,为,为,参,参,与,与,者,者,通,过,过,适,适,当,当,装,装,置,置,自,然,然,地,地,对,对,虚,虚,拟,拟,世,世,界,界,进,进,行,行,体,体,验,验,和,和,交,交,互,互,最,终,终,使,得,得,参,参,与,与,者,者,产,产,生,生,身,身,临,临,其,其,境,境,感,感,觉,觉,并,且,且,能,能,直,直,接,接,参,参,与,与,该,该,环,环,境,境,中,中,事,事,物,物,的,的,变,变,化,化,与,与,相,相,互,互,作,作,用,用,。,。,传,统,统,方,方,式,式,与,与,虚,虚,拟,拟,现,现,实,实,技,技,术,术,的,的,对,对,比,比,从,外,外,部,部,去,去,观,观,察,察,仿,仿,真,真,建,建,模,模,的,的,结,结,果,果,通,过,过,键,键,盘,盘,、,、,鼠,鼠,标,标,与,与,计,计,算,算,机,机,环,环,境,境,中,中,的,的,单,单,维,维,数,数,字,字,化,化,信,信,息,息,发,发,生,生,作,作,用,用,沉,浸,浸,(Immersion),到,仿,仿,真,真,建,建,模,模,的,的,环,环,境,境,中,中,通,过,过,多,多,种,种,传,传,感,感,器,器,与,与,多,多,维,维,化,化,信,信,息,息,的,的,、,、,适,适,合,合,人,人,的,的,环,环,境,境,发,发,生,生,交,交,互,互,作,作,用,用,传,统,统,方,方,式,式,虚,拟,拟,现,现,实,实,虚,拟,拟,现,现,实,实,技,技,术,术,的,的,特,特,点,点,动,态,态交,互,互性,-,通,过,过,多,多,种,种,传,传,感,感,器,器,与,与,多,多,维,维,化,化,信,信,息,息,的,的,、,、,适,适,合,合,人,人,的,的,环,环,境,境,发,发,生,生,交,交,互,互,作,作,用,用,信,息,息,丰,丰,富,富,-,空,间,间,数,数,据,据,、,、,影,影,象,象,、,、,声,声,音,音,等,等,多,多,媒,媒,体,体,信,信,息,息,和,和,遥,遥,感,感,数,数,据,据,时,空,空,维,维,-,既,再,再,现,现,它,它,的,的,历,历,史,史,又,虚,虚,拟,拟,它,它,的,的,未,未,来,来,沉,浸,浸,性,性,-,人,能,能,够,够,沉,沉,浸,浸,到,到,仿,仿,真,真,建,建,模,模,的,的,环,环,境,境,中,中,虚,拟,拟,现,现,实,实,系,系,统,统,的,的,构,构,成,成,硬,件,件,构,构,成,成,：,：,图,形,形,工,工,作,作,站,站,显,示,示,设,设,备,备,传,感,感,装,装,置,置,软,件,件,构,构,成,成,：,：,交,互,互,控,控,制,制,软,软,件,件,场,景,景,驱,驱,动,动,软,软,件,件,建,模,模,与,与,渲,渲,染,染,软,软,件,件,数,据,据,处,处,理,理,软,软,件,件,显示设备,空间数据,三维建模软件,三维渲染软件,三维模型,图形工作站,用户动作,传感装置,交互控制软件,场景驱动软件,控制参数,地理信息系统,虚,拟,拟,地,地,理,理,环,环,境,境,虚,拟,拟,现,现,实,实,技,技,术,术和,GIS,技术高度结,合,合实现二者一,体,体化,可形成虚拟地理环境系,统,统。,虚拟地理环,境,境源于虚拟,现,现实技术,高于虚拟现,实,实技术,.,它最早是从,地,地学的网络,可,可视化研究,提,提出的,是一个关于,地,地理系统的,虚,虚拟实验室,强调人的感,知,知性和沉浸,感,感,让更多的地,学,学工作者利,用,用网络技术,同,同时在虚拟,的,的实验室进,行,行交流和讨,论,论,.,虚拟地理环,境,境集成了多,源,源信息采集,、,、地理信息,系,系统、地理,模,模型管理、,虚,虚拟现实、,网,网络、智能,体,体等技术。,虚拟地理环,境,境的特征,以化身为基,础,础,多用户,分布式,虚拟环境,虚拟地理环,境,境与传统地,理,理信息系统,技,技术的区别：,在虚拟地理,环,环境中,从地理数据,到,到多维表现,以,以及多通道,感,感知,贯穿了,以人为中心,和面向问题,解,解决的空间,认,认知关于数,据,据、信息、,知,知识、模型,的,的全过程,多维与动态,的,的分析方法,自,自然就成为,全,全面深入研,究,究空间问题,的,的基本途径,.,虚拟地理环,境,境如何对人,的,的认知的影,响,响,1,、虚拟地理环,境,境拓展了人的,空,空间认知手,段,段和范围,由计算机生成,的,的虚拟地理,环,环境是一个,能,能给人提视觉、听觉、触,觉,觉、嗅觉以,及,及味觉等多种感官刺激的世界,即在虚拟地理环境中,不能只有一种感官刺激构,成,成。这样的,环,环境给身在,其,其中的用户,带,带来一种沉,浸,浸感。,沉浸感,带给用户对空间环境的,“,“场依存性,”,”,这种依存性能够,让,让用户觉得,自,自己是计算,机,机所创造的虚拟环境,中,中的一部分,使人由旁观,者,者变为参与者,全身心的投,入,入到虚拟世界中。,2,、虚拟地理,环,环境改变了,人,人的空间思,维,维方式,由符号构成的地理空间,知觉过程,对地理事物本质的映像,将知觉的图形再现出来,回忆联想,心象地图,形成对地理空间整体的,、动态的、,连续的认识,记忆与联系,再现,地图,二维地图：,包含制图人,员,员的抽象逻,辑,辑思维，直,观,观性差，图,面,面要素多，,相,相互关系复,杂,杂。,虚拟地理环,境,境：,形象思维与,逻,逻辑思维的,结,结合，感性,与,与理性并重，无论使用,者,者是否具有,地,地图使用经验,在虚拟地理环境中,总,总是容易得,到,到更多的潜,在,在的空间信,息,息。在虚拟地理环,境,境中,使用者对外,部,部环境的认,知,知是一种主动的、导航的方式。他获得的主,要,要是过程性,知,知识,这与二维地图有很大的不同。,如何加强人,在,在虚拟环境,中,中的感受与,认,认知,视觉上：,高精度三维,建,建模，最大,化,化模拟现实,世,世界的场景,。,。,真实渲染引,擎,擎，模拟现,实,实世界的物,理,理现象及光,影,影效果。,建立化身与,用,用户的协同,控,控制（动作,一,一致，行为,一,一致，最大,化,化模拟用户,行,行为）,头戴显示装,置,置，使用户,沉,沉浸在虚拟,环,环境中,听觉上：,环绕立体声,，,，使用户可,根,根据声音判,断,断发声物体,（,（虚拟物体,）,）的位置,知觉上：,模拟现实世,界,界的触感（,技,技术还不完,善,善）,嗅觉上：,模拟现实世,界,界中的各种,气,气味（鸟语,花,花香）,加强视觉感,受,受,三维建模：,Autodesk 3DS MAX,Autodesk MAYA,渲染引擎：,虚幻,4,渲染引擎（,UnrealEngine4,）,OpenSceneGraph,（,OSG,）,关于虚幻引,擎,擎的一些介,绍,绍,虚幻引擎的,特,特性：,引擎可以支持制,作,作人员创建,一,一个数百万,多,多边形组成,的,的超精细模,型,型，并对模,型,型进行细致,的,的渲染，从,而,而得到一张,高,高品质的法,线,线贴图，这,张,张法线贴图,中,中记录了高,精,精度模型的,所,所有光照信,息,息和通道信,息,息。,在游戏最终运,行,行的时候，,游,游戏会自动,将,将这张带有,全,全部渲染信,息,息的法线贴,图,图应用到一,个,个低多边形,数,数量,(,通常在,5000-15000,多边形,),的模型上。,这,这样的效果,就,就是游戏的,模,模型虽然多,边,边形数量比,较,较少但是其,渲,渲染精度几,乎,乎和数百万,多,多边形的模,型,型一样，这,样,样可以在保,证,证效果的同,时,时在最大程,度,度上节省显,卡,卡的计算资,源,源。,虚幻编辑器,（,（,UnrealEd,）：,虚幻的编辑器,(,简称为“,UnrealEd”),是一个以“,所,所见即所得”为,设,设计理念的,操,操作工具,它可,以,以很,好,好地,弥,弥补,一,一些,在,在,3DStudioMax,和,Maya,中无,法,法实,现,现的,不,不足,并很,好,好地,运,运用,到,到游,戏,戏开,发,发里,去,去。,在,在,可,可视,化,化的,编,编辑,窗,窗口,中,中游,戏,戏开,发,发人,员,员可,以,以直,接,接对,游,游戏,中,中角,色,色,NPC,物品,道,道具,AI,的路,点,点及,光,光源,进,进行,自,自由,的,的摆,放,放和,属,属性,的,的控,制,制,并且,全,全部,是,是实,时,时渲,染,染的,。,。,(,并且,这,这种,实,实时,渲,渲